第三章資料鏈路層

3-01  資料鏈路(即邏輯鏈路)與鏈路(即物理鏈路)有何區別?“電路接通了”與”資料鏈路接通了”的區別何在?                    

答：資料鏈路與鏈路的區別在於資料鏈路出鏈路外，還必須有一些必要的規程來控制資料的傳輸，因此，資料鏈路比鏈路多了實現通訊規程所需要的硬體和軟體。 “電路接通了”表示鏈路兩端的結點交換機已經開機，物理連線已經能夠傳送位元流了，但是，資料傳輸並不可靠，在物理連線基礎上，再建立資料鏈路連線，才是“資料鏈路接通了”，此後，由於資料鏈路連線具有檢測、確認和重傳功能，才使不太可靠的物理鏈路變成可靠的資料鏈路，進行可靠的資料傳輸當資料鏈路斷開連線時，物理電路連線不一定跟著斷開連線。

3-02  資料鏈路層中的鏈路控制包括哪些功能?試討論資料鏈路層做成可靠的鏈路層有哪些優點和缺點.   答：鏈路管理幀定界流量控制          差錯控制將資料和控制資訊區分開透明傳輸定址可靠的鏈路層的優點和缺點取決於所應用的環境：對於干擾嚴重的通道，可靠的鏈路層可以將重傳範圍約束在區域性鏈路，防止全網路的傳輸效率受損；對於優質信

道，採用可靠的鏈路層會增大資源開銷，影響傳輸效率。

3-03  網路介面卡的作用是什麼?網路介面卡工作在哪一層?

答：介面卡（即網絡卡）來實現資料鏈路層和物理層這兩層的協議的硬體和軟體網路介面卡工作在TCP/IP協議中的網路介面層（OSI中的資料鏈裡層和物理層）

3-04  資料鏈路層的三個基本問題(幀定界、透明傳輸和差錯檢測)為什麼都必須加以解決？

答：幀定界是分組交換的必然要求透明傳輸避免訊息符號與幀定界符號相混淆差錯檢測防止合差錯的無效資料幀浪費後續路由上的傳輸和處理資源

3-05  如果在資料鏈路層不進行幀定界，會發生什麼問題？

答：無法區分分組與分組無法確定分組的控制域和資料域無法將差錯更正的範圍限定在確切的區域性

3-06  PPP協議的主要特點是什麼？為什麼PPP不使用幀的編號？PPP適用於什麼情況？為什麼PPP協議不能使資料鏈路層實現可靠傳輸？

答：簡單，提供不可靠的資料報服務，檢錯，無糾錯  不使用序號和確認機制地址欄位A 只置為 0xFF。地址欄位實際上並不起作用。控制欄位 C 通常置為 0x03。PPP 是面向位元組的當 PPP 用在同步傳輸鏈路時，協議規定採用硬體來完成位元填充（和 HDLC 的做法一樣），當 PPP用在非同步傳輸時，就使用一種特殊的字元填充法PPP適用於線路質量不太差的情況下、PPP沒有編碼和確認機制

3-07  要傳送的資料為1101011011。採用CRC的生成多項式是P（X）=X4+X+1。試求應新增在資料後面的餘數。資料在傳輸過程中最後一個1變成了0，問接收端能否發現？若資料在傳輸過程中最後兩個1都變成了0，問接收端能否發現？採用CRC檢驗後，資料鏈路層的傳輸是否就變成了可靠的傳輸？

答：作二進位制除法，1101011011 0000    10011 得餘數1110 ，新增的檢驗序列是1110.作二進位制除法，兩種錯誤均可發展僅僅採用了CRC檢驗，缺重傳機制，資料鏈路層的傳輸還不是可靠的傳輸。

3-08  要傳送的資料為101110。採用CRCD生成多項式是P（X）=X3+1。試求應新增在資料後面的餘數。

答：作二進位制除法，101110  000  10011 新增在資料後面的餘數是011

3-09  一個PPP幀的資料部分（用十六進位制寫出）是7D5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。試問真正的資料是什麼（用十六進位制寫出）？

答：7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E 7E    FE 27 7D   7D   65 7D   

3-10  PPP協議使用同步傳輸技術傳送位元串0110111111111100。試問經過零位元填充後變成怎樣的位元串？若接收端收到的PPP幀的資料部分是0001110111110111110110，問刪除傳送端加入的零位元後變成怎樣的位元串？

答：011011111 11111 00    011011111011111000

0001110111110111110110    000111011111 11111 110

3-11  試分別討論一下各種情況在什麼條件下是透明傳輸，在什麼條件下不是透明傳輸。（提示：請弄清什麼是“透明傳輸”，然後考慮能否滿足其條件。）（1）普通的電話通訊。

（2）電信局提供的公用電報通訊。

（3）因特網提供的電子郵件服務。

3-12  PPP協議的工作狀態有哪幾種？當用戶要使用PPP協議和ISP建立連線進行通訊需要建立哪幾種連線？每一種連線解決什麼問題？    

3-13  區域網的主要特點是什麼？為什麼區域網採用廣播通訊方式而廣域網不採用呢？答：區域網LAN是指在較小的地理範圍內，將有限的通訊裝置互聯起來的計算機通訊網路  從功能的角度來看，區域網具有以下幾個特點：（1） 共享傳輸通道，在區域網中，多個系統連線到一個共享的通訊媒體上。（2）   地理範圍有限，使用者個數有限。通常區域網僅為一個單位服務，只在一個相對獨立的區域性範圍內連網，如一座樓或集中的建築群內，一般來說，區域網的覆蓋範圍越位10m~10km內或更大一些。從網路的體系結構和傳輸檢測提醒來看，區域網也有自己的特點：（1）低層協議簡單（2）     不單獨設立網路層，區域網的體系結構僅相當於相當與OSI/RM的最低兩層（3）採用兩種媒體訪問控制技術，由於採用共享廣播通道，而通道又可用不同的傳輸媒體，所以區域網面對的問題是多源，多目的的連連管理，由此引發出多中媒體訪問控制技術在區域網中各站通常共享通訊媒體，採用廣播通訊方式是天然合適的，廣域網通常採站點間直接構成格狀網。

3-14  常用的區域網的網路拓撲有哪些種類？現在最流行的是哪種結構？為什麼早期的乙太網選擇匯流排拓撲結構而不是星形拓撲結構，但現在卻改為使用星形拓撲結構？

答：星形網，匯流排網，環形網，樹形網  當時很可靠的星形拓撲結構較貴，人們都認為無源的匯流排結構更加可靠，但實踐證明，連線有大量站點的匯流排式乙太網很容易出現故障，而現在專用的ASIC晶片的使用可以講星形結構的集線器做的非常可靠，因此現在的乙太網一般都使用星形結構的拓撲。

3-15  什麼叫做傳統乙太網？乙太網有哪兩個主要標準？

答：DIX Ethernet V2 標準的區域網DIX Ethernet V2 標準與 IEEE 的 802.3 標準

3-16  資料率為10Mb/s的乙太網在物理媒體上的碼元傳輸速率是多少碼元/秒？

答：碼元傳輸速率即為波特率，乙太網使用曼徹斯特編碼，這就意味著傳送的每一位都有兩個訊號週期。標準乙太網的資料速率是10MB/s，因此波特率是資料率的兩倍，即20M波特

3-17  為什麼LLC子層的標準已制定出來了但現在卻很少使用？

答：由於 TCP/IP 體系經常使用的區域網是DIX Ethernet V2 而不是 802.3 標準中的幾種區域網，因此現在802 委員會制定的邏輯鏈路控制子層 LLC（即 802.2 標準）的作用已經不大了。

3-18  試說明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。

答：10BASE-T中的“10”表示訊號在電纜上的傳輸速率為10MB/s，“BASE”表示電纜上的訊號是基帶訊號，“T”代表雙絞線星形網，但10BASE-T的通訊距離稍短，每個站到集線器的距離不超過100m。

3-19  乙太網使用的CSMA/CD協議是以爭用方式接入到共享通道。這與傳統的時分複用TDM相比優缺點如何？

答：傳統的時分複用TDM是靜態時隙分配，均勻高負荷時通道利用率高，低負荷或符合不均勻時資源浪費較大，CSMA/CD課動態使用空閒新到資源，低負荷時通道利用率高，但控制複雜，高負荷時通道衝突大。

3-20  假定1km長的CSMA/CD網路的資料率為1Gb/s。設訊號在網路上的傳播速率為200000km/s。求能夠使用此協議的最短幀長。答：對於1km電纜，單程傳播時間為1/200000=5為微秒，來回路程傳播時間為10微秒，為了能夠按照CSMA/CD工作，最小幀的發射時間不能小於10微秒，以Gb/s速率工作，10微秒可以傳送的位元數等於10*10^-6/1*10^-9=10000,因此，最短幀是10000位或1250位元組長

3-21  什麼叫做位元時間？使用這種時間單位有什麼好處？100位元時間是多少微秒？答：位元時間是傳送一位元多需的時間，它是傳信率的倒數，便於建立資訊長度與傳送延遲的關係“位元時間”換算成“微秒”必須先知道資料率是多少，如資料率是10Mb/s，則100位元時間等於10微秒。

3-22  假定在使用CSMA/CD協議的10Mb/s乙太網中某個站在傳送資料時檢測到碰撞，執行退避演算法時選擇了隨機數r=100。試問這個站需要等待多長時間後才能再次傳送資料？如果是100Mb/s的乙太網呢？

答：對於10mb/s的乙太網，乙太網把爭用期定為51.2微秒，要退後100個爭用期，等待時間是51.2（微秒）*100=5.12ms對於100mb/s的乙太網，乙太網把爭用期定為5.12微秒，要退後100個爭用期，等待時間是5.12（微秒）*100=512微秒

3-23  公式（3-3）表示，乙太網的極限通道利用率與連線在乙太網上的站點數無關。能否由此推論出：乙太網的利用率也與連線在乙太網的站點數無關？請說明你的理由。答：實際的乙太網各給傳送資料的時刻是隨即的，而乙太網的極限通道利用率的得出是

假定乙太網使用了特殊的排程方法（已經不再是CSMA/CD了），使各結點的傳送不發生碰撞。

3-24  假定站點A和B在同一個10Mb/s乙太網網段上。這兩個站點之間的傳播時延為225位元時間。現假定A開始傳送一幀，並且在A傳送結束之前B也傳送一幀。如果A傳送的是乙太網所容許的最短的幀，那麼A在檢測到和B發生碰撞之前能否把自己的資料傳送完畢？換言之，如果A在傳送完畢之前並沒有檢測到碰撞，那麼能否肯定A所傳送的幀不

會和B傳送的幀發生碰撞？（提示：在計算時應當考慮到每一個乙太網幀在傳送到通道上時，在MAC幀前面還要增加若干位元組的前同步碼和幀定界符）答：設在t=0時A開始傳送，在t=（64+8）*8=576位元時間，A應當傳送完畢。t=225位元時間，B就檢測出A的訊號。只要B在t=224位元時間之前傳送資料，A在傳送完畢之前就

一定檢測到碰撞，就能夠肯定以後也不會再發送碰撞瞭如果A在傳送完畢之前並沒有檢測到碰撞，那麼就能夠肯定A所傳送的幀不會

和B傳送的幀發生碰撞（當然也不會和其他站點發生碰撞）。

3-25  在上題中的站點A和B在t=0時同時傳送了資料幀。當t=255位元時間，A和B同時檢測到發生了碰撞，並且在t=255+48=273位元時間完成了干擾訊號的傳輸。A和B在CSMA/CD演算法中選擇不同的r值退避。假定A和B選擇的隨機數分別是rA=0和rB=1。試問A和B各在什麼時間開始重傳其資料幀？A重傳的資料幀在什麼時間到達B？A重傳的資料會不會和B重傳的資料再次發生碰撞？B會不會在預定的重傳時間停止傳送資料？答：t=0時，A和B開始傳送資料T1=225位元時間,A和B都檢測到碰撞（tau）T2=273位元時間,A和B結束干擾訊號的傳輸（T1+48）T3=594位元時間,A      開始傳送（T2+Tau+rA*Tau+96）T4=785位元時間，B再次檢測通道。（T4+T2+Tau+Rb*Tau）如空閒，則B在T5=881位元時間傳送資料、否則再退避。（T5=T4+96）A重傳的資料在819位元時間到達B，B先檢測到通道忙，因此B在預定的881位元時間停止傳送

3-26  乙太網上只有兩個站，它們同時傳送資料，產生了碰撞。於是按截斷二進位制指數退避演算法進行重傳。重傳次數記為i，i=1，2，3,…..。試計算第1次重傳失敗的概率、第2次重傳的概率、第3次重傳失敗的概率，以及一個站成功傳送資料之前的平均重傳次數I。答：將第i次重傳成功的概率記為pi。顯然第一次重傳失敗的概率為0.5，第二次重傳失敗的概率為0.25，第三次重傳失敗的概率為0.125.平均重傳次數I=1.637

3-27  假定一個乙太網上的通訊量中的80%是在本區域網上進行的，而其餘的20%的通訊量是在本區域網和因特網之間進行的。另一個乙太網的情況則反過來。這兩個乙太網一個使用乙太網集線器，而另一個使用乙太網交換機。你認為乙太網交換機應當用在哪一個網路？

答：集線器為物理層裝置，模擬了匯流排這一共享媒介共爭用，成為區域網通訊容量的瓶頸。交換機則為鏈路層裝置，可實現透明交換區域網通過路由器與因特網相連當本區域網和因特網之間的通訊量佔主要成份時，形成集中面向路由器的資料流，使用集線器衝突較大，採用交換機能得到改善。       當本區域網內通訊量佔主要成份時，採用交換機改善對外流量不明顯

3-28  有10個站連線到乙太網上。試計算一下三種情況下每一個站所能得到的頻寬。（1）10個站都連線到一個10Mb/s乙太網集線器；（2）10個站都連線到一個100Mb/s乙太網集線器；（3）10個站都連線到一個10Mb/s乙太網交換機。答:（1）10個站都連線到一個10Mb/s乙太網集線器：10mbs      （2）10個站都連線到一個100mb/s乙太網集線器：100mbs（3）10個站都連線到一個10mb/s乙太網交換機：10mbs

3-29  10Mb/s乙太網升級到100Mb/s、1Gb/S和10Gb/s時，都需要解決哪些技術問題？為什麼乙太網能夠在發展的過程中淘汰掉自己的競爭對手，並使自己的應用範圍從區域網一直擴充套件到都會網路和廣域網？

答：技術問題：使引數a保持為較小的數值，可通過減小最大電纜長度或增大幀的最小長度在100mb/s的乙太網中採用的方法是保持最短幀長不變，但將一個網段的最大電纜的度減小到100m，幀間時間間隔從原來9.6微秒改為現在的0.96微秒吉位元乙太網仍保持一個網段的最大長度為100m，但採用了“載波延伸”的方法，使最短幀長仍為64位元組（這樣可以保持相容性）、同時將爭用時間增大為512位元組。並使用“分組突發”減小開銷10吉位元乙太網的幀格式與10mb/s，100mb/s和1Gb/s乙太網的幀格式完全相同吉位元乙太網還保留標準規定的乙太網最小和最大幀長，這就使使用者在將其已有的乙太網進行升級時，仍能和較低速率的乙太網很方便地通訊。由於資料率很高，吉位元乙太網不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸媒體，它使用長距離（超過km）的光收發器與單模光纖介面，以便能夠工作在廣

3-30  乙太網交換機有何特點？用它怎樣組成虛擬區域網？

答：乙太網交換機則為鏈路層裝置，可實現透明交換虛擬區域網 VLAN 是由一些區域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組。這些網段具有某些共同的需求。虛擬區域網協議允許在乙太網的幀格式中插入一個 4 位元組的識別符號，稱為VLAN 標記 (tag)，用來指明發送該幀的工作站屬於哪一個虛擬區域網。

3-31  網橋的工作原理和特點是什麼？網橋與轉發器以及乙太網交換機有何異同？答：網橋工作在資料鏈路層，它根據 MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉發。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，並不是向所有的介面轉發此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然後再確定將該幀轉發到哪一個介面轉發器工作在物理層，它僅簡單地轉發訊號，沒有過濾能力乙太網交換機則為鏈路層裝置，可視為多埠網橋

3-32  圖3-35表示有五個站點分別連線在三個區域網上，並且用網橋B1和B2連線起來。每一個網橋都有兩個介面（1和2）。在一開始，兩個網橋中的轉發表都是空的。以後有以下各站向其他的站傳送了資料幀：A傳送給E，C傳送給B，D傳送給C，B傳送給A。試把有關資料填寫在表3-2中。傳送的幀      B1的轉發表      B2的轉發表      B1的處理（轉發？丟棄？登記？）    B2的處理（轉發？丟棄？登記？）       地址 介面 地址 介面           A→E         A      1       A      1       轉發，寫入轉發表     轉發，寫入轉發表C→B    C       2       C       1         轉發，寫入轉發表     轉發，寫入轉發表D→C    D      2       D      2       寫入轉發表，丟棄不轉發   轉發，寫入轉發表B→A    B       1                            寫入轉發表，丟棄不轉發   接收不到這個幀

3-33  網橋中的轉發表是用自學習演算法建立的。如果有的站點總是不傳送資料而僅僅接受資料，那麼在轉發表中是否就沒有與這樣的站點相對應的專案？如果要向這個站點發送資料幀，那麼網橋能夠把資料幀正確轉發到目的地址嗎？答：沒有與這樣的站點相對應的專案;網橋能夠利用廣播把資料幀正確轉發到目的地址